روش های اندازه گیری فلو

برای اطمینان از دقیق‌بودن مقدار هر سیال در کل فرآیند از ابتدا تا انتها، اندازه‌گیری فلو (دبی) آن ضروری است و نمی‌توان این پارامتر مهم را نادیده گرفت. اندازه‌گیری فلو محصولات مایع یا گاز به‌صورت دوره‌ای انجام ‌می‌شود تا اطمینان حاصل شود که همه فرآیندها مانند انتقال مایع و کنترل سیال به‌طور دقیق، بدون ایراد و ایمن کار می‌کنند. برای اندازه‌گیری دبی روش‌های مختلفی وجود دارد؛ بر همین اساس روش‌ های اندازه گیری فلو به دو دسته مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می‌شود.

در این مقاله از داتیس الکترونیک ابتدا انواع روش‌های اندازه گیری دبی معرفی‌ شده‌اند و سپس در ادامه فرمول محاسبه فلو ارائه خواهد شد؛ پس اگر به‌دنبال بهترین روش‌ها برای اندازه‌گیری دبی هستید تا پایان مقاله همراه ما باشید.

اندازه گیری فلو به‌ روش مستقیم

فلو یا دبی به‌معنای مقدار معین یک ماده از نظر جرم یا حجم است که در واحد زمان، از لوله عبور می‌کند. برای اندازه‌گیری دبی هر سیالی به‌وسیله یا ابزاری نیاز است که به دستگاه اندازه‌گیری دبی معروف است. دستگاه اندازه‌گیری فلو که معمولاً به آن فلومتر گفته ‌می‌شود، از انواع تجهیزات ابزار دقیق است که برای اندازه‌گیری دبی سیال در واحد زمان (حجم یا جرم سیال معین) استفاده می‌شود. در نتیجه برای اندازه‌گیری فلو نیاز به خرید فلومتر است.

مشاهده کنید: قیمت فلومتر

برخی از انواع فلومتر از انرژی سیال برای اندازه‌گیری سیال استفاده می‌کنند و تعدادی هم بدون کمک از انرژی سیال، این کار را انجام می‌دهند. بر همین اساس روش‌ های اندازه گیری فلو را به دو روش مستقیم و غیرمستقیم تقسیم می‌کنند. در روش مستقیم از انرژی سیال استفاده می‌شود. در این حالت از دو فلومتر اختلاف فشار و فشار دینامیک سیال برای اندازه‌گیری استفاده می‌شود که در ادامه به آن‌ها پرداخته‌ایم.

اختلاف فشار

در این روش از اختلاف فشار برای اندازه‌گیری دبی استفاده می‌شود. فلومترهای فشار دیفرانسیل شامل نوعی مانع در بدنه جریان خود هستند. این موانع می‌تواند صفحه اوریفیس، لوله پیتوت و ونتوری متر باشد. در واقع موانع باعث ایجاد اختلاف فشار در فلومتر خواهند شد. افت فشار که توسط یک سنسور فشار دیفرانسیل اندازه‌گیری می‌شود، متناسب با جریان حجم است. این نوع فلومتر برای جریان‌های بسیار کم عالی هستند.

فشار دینامیک سیال

یکی دیگر از روش ‌های اندازه گیری فلو، استفاده از فشار دینامیک سیال است. فلومترهای توربینی، جرمی، سطح متغیر و ورتکس از جمله فلومترهایی هستند که در آن‌ها از فشار دینامیک سیال برای اندازه‌گیری دبی استفاده می‌شود. در ادامه با یکی از آن‌ها یعنی فلومتر ورتکس گردابی آشنا خواهیم شد.

فلومتر گردابی بر اساس اصل جاری‌شدن گردابه کار می‌کند. گرداب‌های نوسانی زمانی رخ می‌دهند که سیالی مانند آب از کنار بدنه عبور کند. فرکانس جاری‌شدن گردابه به‌صورت مستقیم با میانگین سرعت جریان و در نتیجه با جریان حجمی متناسب است. این فلومتر برای کاربردهایی که هزینه نگهداری کم اهمیت دارند، ایده‌آل است.

مزایا فلومتر ورتکس عبارت‌اند از:

• برای اندازه‌گیری مایعات، گازها و بخار مناسب است.
• تحت‌تأثیر تغییرات فشار، چگالی، دما و ویسکوزیته قرار نمی‌گیرد.
• پایداری زیاد در محدوده دمایی گسترده دارد.

کاربردهای آن عبارت‌اند از:

• آب خنک‌کننده (Cooling Water)
• آب فرآیند (Process Water)
• جریان گاز در صورت نیاز به چرخش زیاد.

اندازه گیری فلو به ‌روش غیر مستقیم

همان‌طور که در بالا اشاره شد، یکی از روش‌ های اندازه گیری فلو استفاده از روش غیر مستقیم است. در این روش بدون استفاده از انرژی سیال، دبی آن اندازه‌گیری می‌شود. دو نوع فلومتر التراسونیک و مغناطیسی از جمله فلومترهایی هستند که از روش غیرمستقیم برای به‌دست آوردن فلو استفاده می‌کنند. در ادامه این دو فلومتر بیشتر بررسی ‌شده‌اند.

اندازه گیری فلو به‌ روش التراسونیک

فلومتر التراسونیک از امواج اولتراسوند برای اندازه‌گیری حجم جریان مایع استفاده می‌کند. این نوع فلومتر از مبدل‌های بالادست و پایین‌دست، بازتابنده‌ها و لوله‌های حسگر تشکیل شده‌ است. در اندازه گیری فلو به ‌روش التراسونیک از امواج صوتی برای تجزیه و تحلیل حجم جریان استفاده می‌شود. زمانی فلومتر بدون جریان است، فرکانس یک موج اولتراسونیک هدایت شده به لوله و بازتاب آن از سیال یکسان است؛ اما در شرایطی که دارای جریان است، فرکانس یک موج بازتابی به‌دلیل اثر داپلر متفاوت خواهد بود. هنگامی که یک سیال به‌سرعت از لوله جاری می‌شود، تغییر فرکانس آن به‌صورت خطی افزایش پیدا می‌کند.

مزایای این نوع فلومتر عبارت‌اند از:

• چرخش بالا
• مناسب برای فشار و دمای بالا
• دارای تعمیر و نگهداری کم
• بسیار قابل‌اعتماد

کاربردهای فلومتر التراسونیک در صنایع مختلف عبارت‌اند از:

• گاز طبیعی و مایعات نفتی
• نفت و گاز
• آب و فاضلاب
• غذا و نوشیدنی
• دارویی
• فلز و معدن

همچنین بخوانید: فلومتر التراسونیک چیست

اندازه گیری فلو به ‌روش مغناطیسی

فلومتر مغناطیسی که فلومتر مگ هم نامیده می‌شود بر اساس قانون القای فارادی کار می‌کند. مطابق با قانون فارادی، ولتاژ القا شده در هر رسانایی هنگام عبور از میدان مغناطیسی با سرعت محیط، چگالی میدان مغناطیسی و طول هادی نسبت مستقیم دارد. این روش می‌تواند مزایای زیر را به‌همراه داشته ‌باشد:

• هیچ قطعه متحرک در سنسور وجود ندارد؛ بنابراین برای کاربرد فاضلاب مانند آب گل‌آلود مناسب است.
• خیلی تحت‌تأثیر اختلالات جریان بالادست نیست.
• در اکثر موارد تحت‌تأثیر تغییرات فشار، چگالی، دما و ویسکوزیته قرار نمی‌گیرند.
• می‌توان فلومتر به‌صورت دو جهته استفاده‌کرد.
• قادر به مدیریت جریان بسیار کم است.

کاربردهای این دستگاه عبارت‌اند از:

• بیشتر در فاضلاب‌هایی مانند آب گل‌آلود استفاده می‌شود.
• برای سیال ویسکوزیته بالا به‌ویژه در صنایع غذایی مناسب است.

البته باید به این نکته توجه کرد که قیمت فلومتر مغناطیسی و قیمت دبی سنج التراسونیک در مدل‌های مختلف با یکدیگر متفاوت هستند. معمولاً قیمت این فلومترها با توجه به مشخصات و ویژگی‌هایی که دارند، فرق می‌کند.

اندازه گیری دبی در کانال ‌های روباز

با افزایش نیاز انسان به استفاده و اندازه‌گیری آب، روش‌های مختلف و متنوعی برای اندازه‌گیری دبی آب در کانال‌های باز به وجود آمد. کانال‌های باز آن دسته از سازه‌های طبیعی و دست‌ساز هستند که آب با سطحی آزاد از آن‌ها عبور می‌کند. نمونه‌هایی از این سازه‌ها می‌توان به نهرها، رودخانه‌ها، خندق‌های آبیاری، کانال‌ها، لوله‌های نیمه‌پر و مجرا انتقال آب اشاره کرد. برخی از متداول‌ترین روش‌هایی که در حال حاضر برای اندازه گیری دبی در کانال‌های روباز استفاده می‌شوند عبارت‌اند از:

• وزن‌سنجی زمان‌بندی‌شده: جریان کامل سیال برای مدت‌زمان ثابتی در یک ظرف جمع‌آوری می‌شود. سپس محتویات ظرف برای تعیین حجم آب، وزن خواهد شد. این روش امکان محاسبه مستقیم نرخ فلو را برای دوره مشاهده‌شده، فراهم می‌کند.
• روش مساحت-سرعت: اندازه‌گیری سرعت متوسط جریان (معمولاً با داپلر یا میدان الکترومغناطیسی) در یک سطح مقطع تعیین‌شده (که عمق آن توسط مبدل فشار یا سنسور اولتراسونیک تعیین می‌شود) نرخ جریان را مشخص می‌کند.
• معادله مانینگ: معادله منینگ یک فرمول تجربی برای تخمین سرعت متوسط مایعی است که در یک کانال باز جریان دارد. این فرمول از میانگین سرعت مقطع، شعاع هیدرولیکی، ضریب زبری و شیب کانال استفاده می‌کند.
• سازه‌های هیدرولیک: به‌طور کلی، سازه هیدرولیکی هر چیزی است که بتوان از آن برای انحراف، سدسازی، محدودکردن یا مدیریت جریان سیال کانال باز استفاده‌ کرد. برای اندازه‌گیری جریان، یک سازه هیدرولیکی یک دستگاه با هندسه ثابت است که در مسیر جریان قرار می‌گیرد تا تمام جریان از داخل یا روی دستگاه هدایت شود. این دستگاه یک رابطه مشخص بین سطح مایع در (فلوم) یا بالادست (سرریز) دستگاه و سرعت جریان در یک مکان مشخص در شرایط جریان آزاد ایجاد می‌کند.
• روش ردیاب رقیق‌: این روش شامل افزودن مقدار مشخصی از ردیاب غلیظ با سرعت ثابت به جریان سیال است.

علاوه بر موارد گفته شده، می‌توان با استفاده از فلومتر کانال باز، دبی آب را در کانال‌های روباز اندازه‌گیری کرد.

فرمول محاسبه فلو

برای فلو می‌توان تعاریف مختلفی را ارائه کرد؛ اما به زبان ساده، فلو به‌عنوان حجم یا مقدار جرم سیالی که از مقطع لوله در واحد زمان عبور می‌کند، تعریف می‌شود. به‌طور کلی فرمول محاسبه فلو به دو روش زیر است:

• فلو حجمی: فلوی حجمی کمیت حجمی است که در یک بخش معین در واحد زمان جریان می‌یابد. برای فلو حجمی از فرمول زیر استفاده می‌شود:

Qv = V/t

در رابطه بالا هرکدام از عبارات به معنای زیر است:

• Qv  برابر با جریان حجمی
• V  برابر با حجم
• t  برابر برابر زمان

فلو جسم مایع و گاز معمولاً به‌صورت حجمی اندازه‌گیری می‌شود. رایج‌ترین واحدهای حجم عبارت از m3/s، m3/hr، Nm3/hr، GPM و … هستند.

• فلو جرمی: فلوی جرمی کمیت جرمی است که در یک بخش معین در واحد زمان جریان می‌یابد. فرمول جریان حجمی به‌صورت زیر تعریف می‌شود:

Qm = m/t

در این رابطه نیز هرکدام از عبارات به صورت زیر تعریف می‌شود:

1. m  برابر جرم
2. t  برابر زمان
3. Qm برابر جریان جرمی

معمولاً فلو اجسام جامد بر حسب جرم در واحد زمان اندازه‌گیری می‌شود. متداول‌ترین واحدهای حجمی kg/s، t/hr و غیره هستند.

سخن پایانی

اندازه‌گیری فلو، مقدار سیالی را که از هر لوله، کانال یا فضایی با استفاده از دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان عبور می‌کند، مشخص می‌کند. سیالاتی شامل مایعات، گاز یا بخار، اندازه‌گیری می‌شوند. در واقع این کار اساسی‌ترین و در عین حال حیاتی‌ترین کار انجام‌شده در صنعت سیالات است. در این صنایع، تمام فرآیندهای کاری به‌دقتِ اندازه‌گیری سیال بستگی دارد.

احتمالاً این کار ابتدایی به نظر برسد؛ اما تنها یک خطای جزئی می‌تواند مانع از نتیجه نهایی تولید شود. همانطور که توضیح دادیم روش‌ های اندازه گیری فلو به دو نوع مستقیم و غیر تقسیم دسته‌بندی می‌شود و ابزارهای مورد استفاده برای اندازه‌گیری دبی، دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان یا همان فلومتر نامیده می‌شوند. انواع فلومتر در صنعت با توجه به نیاز مورد استفاده قرار می‌گیرد. شما می‌توانید برای خرید ابزار دقیق و کسب اطلاعات بیشتر در این مورد، با کارشناسان ما در داتیس تماس بگیرید.